CS231571B1 - Method of device for calibrating and measuring of radiation and luminance - Google Patents

Description

(54)

A method and apparatus for calibrating and measuring radiation intensity and enengetic brightness

A method and apparatus for calibrating and measuring brightness, in particular as a universal apparatus for measuring incident radiation and directionally reflected radiation to be solved. remote sensing tasks that can also be used for spectral measurement of the energy of solid objects in nature and in the laboratory. It is an object of the present invention to eliminate or substantially reduce the still existing deficiencies which exacerbate the calibrating of measuring devices. lighting technology, meteorology and remote sensing and use. of these devices in field conditions. The invention relates to a calibrating and connection with a suitable construction of a spectrophotometer which can be used for special calibration and for measuring under natural irradiation conditions.

231 571

Название изобретения

-г. · - тлпгр · '

Л 'аписе устройства

у оустройства; ι энергетических яркостей плоскости:

распространяются до -текак универсальный прибор · * · ’'-ЛГ? т * ‘* · · V X X д::

in Л г. · Τλτ, .'- ΣΓ '·'>'3ί * тготг ^ ПТьГ- ^' ⁵ ТГ'Л / 'Ч ^

З'И’Л iltSlj; jL'1 ΓΙίύΛ 1 1иЛ; :

ap _C '·

In »X Λ тг i:

устройсста 'Π' £ ·. о; · '<W

ШЬ. ШЯбНССВНОСТН Облуеншн ΥίΈ · _{ΘΡ € Η}

3ΞΒ rcTi-uecnoil я »» д д д д д д д д д

ионным - изготовлять · светящиеся плоскости с относительным спектрщтьшш распределением знергкп, соотьетствундим распреднереии. естестевннсгс 'излун ^ ет-дн солнца, так как · образцовые фсссметринескне лампы, которые нршлзыютсн в лабораторка. а · п п п п п п п п::::::::::::: м м м::::::::::: м м м м м м. недостатком до спи нор известных тохнпнесклх ренений калиб ^ овзо энергетической яркости спексрсфстсметров в лаборадоршт. ус ^ - ^ <^ х ^ йых ньеяется слп ^ нол больная нетсчнсстт пр? -! прнмднении ь услсьинт ес ~ ·? тесттеннсгс изтуненкк. Кроме тсгс нзьестнте для рененьн измеритеданнх. нсгс ^^ · 8023 · 2 ^ .4 здклв сπeктρоOоτонeτρο млеет тот недостаток, нто онн зе разрешают нзмеэист 4 зж ^ тргетшхеских величины, неоОеоедпд ли,! rοстаEционοого зоадероьанин 2емтв, одним к тем же · нрибором с вн'оокин - спектралынм. разредете ^. егн, энергетзнзескке велинннн. - нркмое нзлунезне солнца без тз.дучекая ьебосьода, г лоб ньная ранаанач, излучезше небосьода и знергетическае яркости 'нод нолее ^ ^® у гельох с но 1 ° 20 °.

еначитеньные нeoчpeддeяноocти иемеритлльной техникн ьозя ^ нaлт · нрн обработке · Дснннх в том случае йстсметрст быьоднтсн · с 'искyсстьeният · истопников

- 4 излучения / образцовые фотометрические лампы /.

го сих пор неизвестен спектрофотометркоторый калибрируется при п омощи естественного излучения Солнца простым и экономическим способом насадкой солнечного объектива, при помощи которого имеется возмонность измерения выше названных 4 'энергетических величин после приставки других оптически ?: насадок как рассеивающий просвечиваащий экран и широкоуголный объектив к * калиброванному солнечному объективу.

ДЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в том, чтобы значительно уменьшить пока существующие недостать, которые встречаются при калибровке приборов, измеряющих излучения, и при применении · этих приборов в полевых условиях. Преимущество этого ’изобретения состоит в. том, что экономическим способом, без применения образцовых фотометрических ламп, был развит способ калибровки в связи с подходящим техническим решением удобного спектрофотометра, пригодного для измерения в полевых условиях и отличающегося высокой точностью измерения и возможностью самокалибровки прп помощи естественного излучения Солнца.

ИЗ.ЮУЕНИЕ СУТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ / ·

Задача изобретения состоит в создании способа на

- 5 либровки в связи с выгодным конструктивным / решением для спектрофотометра, что дает возможность подключения спектрофотометра к внеземному спектральному распределению энергии Солнца / саыокалпбровка /, чтобы измерить выше названные 4 энергетических величины - прямое излучение Солнца, глобальную радиацию, излучение небосвода, энергетические яркости под полевым with a degree of 1 ° to 20 °. Причинам недостатков известных решений являются:

- известные приборы измерения излучения пригодны или для измерения интенсивности облучения или для измерения энергетической яр

- известные спектрофотометры нуждают в образцовых фотометрических лампах / источник излучения / или в плоскости известной яр

- калибровка, в лабораторных условиях производится источниками излучения

- достигаемая искусственными источниками интенсивность излучения тлеет величину на несколько порядков ниже естественного излучения Солнц.

Задача решается таким образом, что при настоящем бпособе используется известная интенсивность Солнца для калиброви. Осуществляется изображение Солнца солнечным объективом в плоскость измерительной диафрагмы так, что диамете изираете солнца. По ходу лучей поставлены между солнечным объективом. и измерительной диафрагмой оттенен- _; ные интерференционные светофильтры ___; для спек тральной оценки спектра. На определенное расстояние за измерительной диафрагмой, составляющее величину бк; в двадцать раз больше диаметра, измерительной диафрагмы. З з л усл лл ил ил .л .л .л .л .л .л .л. массе, равней нулю, совершается в области сильного поглашения полос с применением закона БугераЛамберта-Бера и учетом фунц. Коэффициент калибровки для измерения интенсивности облучения солнечным объективом следует из экстраполяции измерительного сигнала после фотодиода к сигналу, соответствующую табулированной внеземной спектральной интенсивности облучения. Так как теперь имеется возможность измерения интенсивности облучения солнечным объективом коэффициент калибровки определяетс

- 7 рение. излучения небосвода / и вычисляют значение прямого излучения Соллца, пропорционального коэффициенту калибровки 'солнечного объектива, из разности между сигналом глобальной радиации и сигналом излучения небосвода. После того как имеются коэффициенты. калибровки для измерения интенсивности облучения солнечным .объективом и приставленным рассеи- вающим просвечлваю'дпн экраном можно определить коэффициенты .калибровки для измерения энергетической яркости солнечным и широкоуголным объективами. Решающую роль при этом играет экспериментальное определение эффективного телесного угла солнечного объективето тесто усесто После того как 'известен телесный угол солнечного объектива относят коэффициент калибровки измерения интенсивности облучения солнечным объективом к телесному углу солнечного объектива и из этого следует коэффициент калибровки для измерения энергетической яркости солнечным объективом. Затем определяют коэффициенты калибровки для широкоуголных объективов для измеренияэнергетической яркости пут ем измерений в естественных 'условиях облучения при помощи однородной, диффузно отражающей плоскости. ПО изобретению задача, создания выгодного конструктЕвного решения, для устройства решается тем / что излучение Солнца, Г, или попеременно падающая через рассеивающий. просвечивающий экран глобальная радиация или падающая через широкоуголный объектив отраженная .энергетическая ярконое '. в детектор, попадают через поза филь-тровым колесом с мальтийской системой за изиери-.

тельной диафрагмой. К детектору подключен усилитель, котовый

В_ДИН2г-_ _

I ™ тп8 вырабатнвает регистрируемый сигнал ___________ '9 of - Т 9 Т т Я · _мическом__диапазоне. 10 (10 мкВт см нм стер. ”До 10 мкВт нм стер.). привод фильтрового колеса, на кота ром находятся; т и с \ \ \ \т \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 п п п п п аккумуляторами; Фильтровое колесо предусмотрено для работы в шаговом и в 'квазинепрерывном режиме и оснащено. автоматическим концевым выключением · Все подвижные 'и электрические узлы устройства исполнены с ковухом ··. Монтаж устройства может быть исполнен статическим / либо паратактическим способом, имеется возможностьФкаиданиой подвески. Прибором 'Ί' ~ управления и. защищенными подводящими проводами устройство телеуправляемо. Но с и - * * * * * .. * * * .. .. .. .. .. .. .. * * * .. .. .. * * * .. .. .. .. .. ..

: ' ^: ' i ''. IL. ! . · ·. ·. · I · \ / i Í

AND

I i

and:

- 9 О Описанное устройство отличается oсоСеиша ^ прейду-:

ществами при pei ^ í ^ H ^ nzn задач 'дпотагтпюппого зопди-' 'j роваинн Зел. ‘Елесообразпо устройство чр1чле1нтв. · В качестве переносного, портального спсктро-рото;

метра дли измерений,. · проьодамых ·, вторичншь спуникаеш, · т. к. око дает возмо.гность одновременно!

выполнить следуплЕе опера1лпн:. .:

абсолютное, cиeлтpεльнoe измepeниe глобальной ра- даащн / 'с ^у к на 'изл ^ ен ^ небосвопа н прямого ин 3- нуешь солшпа. ^OF абсо.гогпое спектральное измерение нaиcaьлeнo от— раненной з энергетической яркости об 1ьтнтоь абсолютное. спектральное измерение прямого ИЗ. лли

чении Солнца пропускания лпбо слоев атмосферы.

Этин моянно опреденштв в связи c азрокосинтесюми спектрогрвммамк Дпу-б, Зс ^ плет / актуявьное гтт атыо <кОЁ ^ ^{ер _г>} объективирювагв '· инфосрпшь изо аяеш ^ ^ ^ п кpyш about лscyцτaбнo н .колгичественно обкясннтнь внра ^ ^^ паа есн в . характеристике распределении нзлупения вщпплой н близкоинфракраснои области спе1: гра изнeнeнии иoлeзнoΠ. · .кроне того мокно проьодпть спектральные ларактерйстики · распределении излучения oпpeдeлeиe ..; нmн., aт ^ρ нCн / светящихся тйос1гЭ (3'ге1: при искусственно. '. · н естественное: ос!

i ·. - ·

- ΙΟ ведении. ·. оптическим! / сожетшй объектив, проево MMAA gene-wS экран, шкюкоуголшшй объектив / направляется 'излучение,' папящее из .ред.'ннннх направлений from ^{под разлишша телесЕШМш углами к поворотному зе р} капу , который · поворачивает ход пулей на 90 from направляет его к · оттененншм интерференционным ......

светофиовтрам. · _ / Оба · конечные попо ^ енин поворотного зеркала инпшщрзуяся. носле · проо ^ епад фильтров / соответственно их нриадша 3eUстρяя они л ^ρ освeиизaеτся толвко под утлом / 0.5 ° from the room. фшитра / нзобр-нение пучнстото объекта возникает при иэпользовании со.паепнсго п широкоугопного объективов в плоскости измер. диафрагмы / диаметр · измештетвной дпа ^ агик '= 1,5 ид /. Детектор освепается еадеΣ4w перез _ объективы 23.1740 ^ 10: 1 поспе еpoxozдeе ^ н пocлeпнeгo. перез нзмерите.тъгу'ю ппаррагм) ^ '. · Возвышающие азмерителвшй сет ^ ап уоггазаетсл, покаанваетон шифровым · вольтметром шлн зшпомшнаетош шш. магшнтЕОй ленте.

“30 развертка спектра в вос4pоязвoш ^ аыx 'изцервттельшш ·; тошкшх с полуппришой шм · 7.5 - 16.0 шм оовершшотош мía4зT4йскoй системой ΦπλΒτροβοΓο колеса, которая · новоран.нзает игщьтровое колесо мимо детектора · в 'прямом / ^в обратнон ходе шш поотошЕшше урловне велшчшш т. · ·

II -

Индицируется готовность и измерению и соответствующая измерительная точка. Температура усилителя измеряется электронным тер? Я1эиерптелышм зондом /наир.· бусинковы '! тершстор / и усиливается при оценке измерительный сигналов.

ΠΡ ^, ΞΡΕ ИСПОЛНЕНИЯ

Дается подробное пояснение способа калибровки на примере исполнения:

А п рал л к к к к к кк кк кк ккк к

Солнца до высоты Солнца над горизонтом равной 80. Пригодной для калибровки местностью является высокогорная местность выше атмосферы, состоящей из частиц дымки, и континете. Атмосферные условия, пригодные для калибровки, тлеют в средней Европе тогда, когда код антициклонном влиянии через северовосточнуш Европу 'приводятся континентальные воздушные массы ,. пропет екающие от Арктики.

Спохсоб калибровка имеет то преимущество, что при помощи спектрофотометра со солнечным объективом из подключения к внеземной интенсивности облучения Солнца / калибровка кнтепсдвностк облучентУ принудительно вытекает из-за знания точного, эффективного

- 12 утла охвата солнечного объектива в связи со способом формирования изображения в плоскость измерительной диафрагмы калибровка энергетической яркости солнечного объектива кон- был создан специальный спектромотометр, который хи0лД10 íCxLřxT облучения yeah, и для измерения э энергетической яркости, калибрируемый без искусственных эталонов излучения в естественных условиях облучения .

Дальнейшее прет .. ^ тдество ной техники состоит в эталоном излучения при с точки зрения измерительтом, что Солнце служит калибровке и источником излучения при измерении в местности, в случае калибровки так же как в случае измерения, тлеют. место интенсивности облучения одной и той the размерности и одинакового относительного спектралного распределения по энергиям, вследствие этого можно достигать -значительно высшую относительную точность 'измерения / около + I / / относительно табулированных внезеьшых солнечных значений, как это возможно было бы при применении искусственных эталонов излучения / около i 5 / /. Устройство описывается посредством нижеследуюдих. примеров исполнения:

Устройство 'находится. на параллактической сборке и оснащено солнечным объективом / I.. рассеивающих; просвечивающим экраном / з. Солнечный обьектиз I. направляется свопы визиром к Солнцу и поворотное зеркало 4 · поворачивается с помощью сервомотора так в одно из конечных положений, что излучение Солнца пронизывает интерференционный клиновый полосовнй фильтр на фильтровом колесе '5. с мальтийской системой. По шагам передвигаются отдельные места 'фильтров в ход лучей солнечного объектива / т' поворачивавши поворотным зеркалом 4 так, что друг за другом Солнце спектрально 'отображается в плоскость подчиненной измерительной днафрагш eighth Зз1::::: :ол::::::::::::::::::::::::: и и и и из 7 7 и и и и и и и и и и и и и Затем солнечный объектив Ϊ. меняется на широкоуголный объектив 2 и все устройство поворачивается таким образом, что _ рассеивающий просвечивающий просм. направлен перпендикулярно вниз. Вводом в эксплуатацию поворотного зеркала 4 в этой изыерпте.тьНО ii ПОЗИЦИИ ПОПОрбМЗННО lio / lOpHZCTCHL СПЗйбТрЗЛЪНО и

- 14 абсолютно глобальную радиацию рассеиваюди просвечивающий экраном 3 / и широкоуголыым объективом 2 ⁷ отраженное плоскостью А излучение R. После этого из обеих измерении определяют истинный направленный коэффициент отражения г q = ¹ при Сражений определяют направленное аэрокосмических изособственное излучение. атмосферы условием, что

_К А по уравнению В - В Л 'под плоскость А одновременно спектрально измеряется с уровня полета и там производит сиг нал 5 _Ч · Актуальные спектральные значения и Т, наступающие в качестве смущающих воздействий при обработке снимок спутников и самолетов можно определить и исключить .

Пример 2:

В вышеописанной .. измерительной позиции устройство ножно закреплять карданным подвесом на стреле корабля и широкоуголным объективом '/ 2' на ходу корабля спектрально и квазинепрерывно измерять отраженные энергетические яркости поверхности моря. Мз з д з нае ,е,,, ,з ,з ,з ,з оз оз оз оз. О........ Одновременно определяют & и также как в вышеопин санном примере. ^! '/

/ I /

пример 3:

Устройство устанавливается на вращающийся с ¹ · и солнечным объективом определяют диафрагмы лучения светящихся или отражающисто.

ол изΙο тсомула изобретения

I. Способ калибровки устройство измерения интенсивности стп для светотехники, метеорологии и лреиму ли, отличающиеся 'ГОЯ спектрофотометр, конструирован рения интенсивности облучения мерения энергетической яркости диафрагмой приставлением солнечного объектива относительно известного внеземного подключается. к внеззмноцу распределению энер: л объекэкран сменные объективы. '

2. Способ калибровки 1 согласно щййся тем, что -п ^ зобраыение Солнца ’· йБГр С КО} Т ОЛЕК С пункту, отличаю · солнечным

S k17 oCioz v;

---)

AT;.

WHAT

Ύ · '* - Г

J3L1 / · σ>

LIOTO 0.x ί z o Λ · '~ ГЛ

Л О

4 ', 4

000Ί • 7ΓΓ · ~. ^ ·

IN

- r ·,

- \ J k- -J

L_ · личающиися го

Л O.zS личающииоя

O · “..- V W Λ V ·.

- / 1 • X ~

VО.Л C

HO rHO O лТ опого /Λ.ΓΓ-'Γ: -0 ^ A f * -v rV • т n

7Π Л '· ez-ic кг fy ...

V> .p

00.

r · 1 «

vol г

ΤΓ .. ’v

<7 ’-р .OOTT

OTO

O 03 cci

TO k /

Г 'ον

·. ·) Í Л г. Гл ЬЛ гр. P o-. «V-oo kz.

voroaqzzo p’T; ·

4J *

o · отличаю · o v.

7 “· r: γ r \. ^ .V» k - · - - V x X “OaG fy r ~

If/.

U ^T no

P. ”^ AP.

XS W '-L X-Z k / ύOT j

Г '<Z f'

T

1IL vv- Л- V Ό

OT what, OT дичащийся

110

O. ', T r — i * v

18 ____ <.

мерения. интенсывностп oóxyneHZH cojmevHHi объективом откосится к телесному утлу солке 'л ^ - (^]? с' объектява и теп сапа определяются коз / фЕдект кааибровки для Еэмереяяя знергетгческой яркости со еолне енш объективом ^. '

8 «способ калЕгбровкя согласно пузктам I по 7 от_личаощийся ~ 'дем, что коэффнцнонт калшбровкк для' яэмереяяя зпергетическоЭ яркооти определяется для трокоуголкях объективов с раздшчшми апертуртши углами ие Езыереяий с калпброваяяк для измереляй эяергетяческой яркостя солнечным 'объективом.

однородно ’

ΠΌΗ ПОМОЩИ / EЯ_py3HO лучястях плоскостей.

9. устройство. для измереяпя яяτeнсEвяоетE. об ^ яокля:

. no. энергетической яркости для светотехнпкп, метеоролоого и. пρeнчyщecтвeнно для днотанцпонного еоиЕЕроваяЕя зептя, отличаощееся \ тем, что усгройство представляет собой переносный of лобям сбразом монтируемый 'спектрофотометр, подходящий одним и теп ~ ооразом having an isotactic. а дян капМрзоз ^ кЕ з дл изяеренлн, разве леней иэоерЕть. названные даяннз опектраэвяо и. в .знзECяясегя от Еащзавлеяяя в абсолот 'них едрапщах. такэл образом, пто солиечноя? объективу / I / лтл. широкоуголтому объективу / 2 /. ' и рассеиваггепу просвеЕЕоздепу охрану / 3 / ^{подчшюко} по во р о тиое зеркало ^/ 4 ^/ » 'а οτίδΕβΕΒίω иятерЧ нци- ^ ^s ~ O: ниым ^ БётоДилЙpáм .оотаБв.еаяпл. · на φΕΒΤρΟΒΟΜ яо-

I> '‘

I · j ',' i;

't / I · *

лесе с мальтийской системой подчинены измерительная диафрагма / б / и детект ^^ со согласованным усилите

). Устройство согласно пуяь: ту _._ · 9, отличающееся тем, что актоматическ солнечный объектив, который изот р.

чистая плоскость / спектрофотометра, in ляJ, отличающееся тем, трубы, приче:

1_'р7Т ер вегетация, снег и изобр ется в плоскость измерительной диафрагмы под половши

9, И отличающееся зкоан / з / и обнаруживает почти

Т ОЧПОКО СНИТСИО пз-оу / небо / це / согласно пунктам ^; 9 по

12, отличающееся

ь.

/

JI ^: / i

ί'Ι

Even обеих конечных положениях падающее - через солнечный объектив / I / соответственно через широкоуголные объективы / 2 / пли через рассеивающий просвечивающий экран / з / излучение падает на оттененный интерференционный. светофильтр.

14th Устройство согласно пунктам 9 по 12 отличающееся тем, что фильтровое колесо / о / с мальтийской системой постепенно и квазпнепрерыьно передвигает положения фильтров воспроизводимо -дало входного. отвер-

15. Устройство согласно пунктам 9 по 14, отличающееся

/ 5 / превращает спектральную световую мощность в диапазспе

- • * 1> 5 о * т т * 10 мкВт см ^ нм ¹ стер. ¹ i при помощи подходящего генератора тока / диод в режиме короткого замыкания / в пропорциональный к ч 'сигнал.

не

I. Способ калибровки и устройство измерения интенсивности облучения и энергетической яркости для светотехники, метеорологии и преимущественно для дистанционного зондирования Селли, отличающиеся ^ тем, что калибрируется спектрофотометр, конструирован как для измерения интенсивности облучения так я для измерения энергетической яркости измерительной диафрагмой приставлением солнечного объектива относительно известного внеземного сдектралького 'распределения энергии Солнца и потом • ί ·.

подключается к внеземному распределению энергик при помощи. коэффициентов калибровки, олре-

л

тквом, один. за · другом- оптические приставил рассеивающий · дроовечнвшгций экран from сменные шкрокоуголкЕге объективы.

Способ калибровки'-., Согласно пункту I, отличающийся ', тем, что -и ^ зобракенне Солнца солнечным

218835

Аннотация

Способ калибровки и устройство для измерепия интенсивности облучения и энергетической яркости универсального прибора, измепа. го зондирования Земли, его мокно кроме того пси · менять для спектрального объектов в природе и в лаборатории. Целые пзобреществудае до сад пор проблемы и недостатки, кото.при · калибровке приборов измерения метеорологии и диет анциохчного зоне

Йка ка кака л пл ,л ,л ,л ,л ,ка ,л ,л ,ра ,ра ,ра ,ра ,ра ,ра ,ра ,ра нора нора нора

Ύ »

Claims (5)

Object of the invention. A method and apparatus for calibrating and measuring radiation intensity and energy brightness for light telephony, meorology, and especially for remote sensing, characterized in that a spectrophotometer designed to measure both irradiation intensity and energy brightness through a orifice plate is calibrated, by adding a solar lens of a relatively known spectral energy distribution of the Sun, and then attaching to the extraterrestrial energy distribution by means of calibration coefficients determined by interchangeable solar lens calibration, optical extensions dispersing the backlight, and interchangeable wide-angle lenses. 2. The calibration according to claim 1, characterized in that the Sun is displayed by a solar objective inside the measuring orifice so that the diameter of the Sun is approximately half the diameter of the measuring orifice. 3. The calibration method according to claim 1 or 2, characterized in that the extrapolation method in ground conditions is applied to extraterrestrial intensities at a mass of air equal to zero. Calibration method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the calibration coefficient is determined from a partially known extraterrestrial irradiation intensity table and an extrapolated measurement signal for the air mass m = 0. and Calibration method according to Claims 1 to 4, characterized in that the calibration coefficient for outlets scattering and illuminating the screen is calculated from the global radiation measurement and from the measurement of sky radiation by the scattering illuminator and the radiation intensity measured by the solar objective. δ. Calibration method according to Claims 1 to 5, characterized in that the effective body angle of the solar objective is determined by means of a precise light source.